一种混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统技术方案

本发明专利技术为一种混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统，该系统包括3D打印混凝土挤出装置与多筋分散置入装置，3D打印混凝土挤出装置的喷嘴能随混凝土材料输送的主轴管道旋转，所述多筋分散置入装置包括多个用于钢丝绳挤出的挤出单元、多个用于剪断钢丝绳的剪断单元、多个用于将钢丝绳送出多筋分散置入装置的输送单元，钢丝绳经多筋分散置入装置的钢丝绳输出口连接至喷嘴，多筋分散置入装置向喷嘴引入多根钢丝绳，多筋分散置入装置整体固定在3D打印混凝土挤出装置的能旋转的主轴管道的外壁上，使得多筋分散置入装置能随3D打印混凝土挤出装置的主轴管道同步转动。解决混凝土3D打印过程中多筋分散置入问题。印过程中多筋分散置入问题。印过程中多筋分散置入问题。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统


[0001]本专利技术涉及土木工程和机械工程领域，具体涉及一种混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统。

技术介绍

[0002]近年来，混凝土3D打印技术凭借其自动化、自由化、快速化等优点发展迅速并在大量实际工程中得到应用。然而，混凝土3D打印采用层层堆积的建造方式，在建造过程中，难以置入钢筋，无筋混凝土结构抗拉强度差，限制了该技术在结构构件中的应用。为解决3D打印混凝土的无筋问题，研究者在打印过程中手动放置钢筋或在仅打印混凝土模板，然后放入钢筋笼浇筑混凝土，这些做法难以适应3D打印技术的自动化和自由化特点。申请号为CN201810909129.2的文献公开了一种3D打印钢丝绳增强混凝土复合材料及其建造装置，该该装置包括螺旋叶片式挤出型混凝土打印头、钢丝绳挤出设备和控制系统,钢丝绳挤出设备通过固定环平行固定在混凝土打印头上部的料桶的桶壁上，该装置是针对单根筋的同步置入，喷嘴可采用圆形，喷头无需旋转，然而单筋的置入对结构的增强效果仍然有限，亟需研发混凝土3D打印的多筋同步置入装置。申请号为CN201810909834.2的文献公开了一种适用于3D打印混凝土结构的多筋一体化布置装置，该装置包括螺旋叶片式挤出型混凝土打印头、送筋单元、导线轮、固定板、输筋管、剪断单元、控制系统及多个钢丝绳线轴，采用圆形喷嘴，且其喷头不能旋转，在打印过程中多根筋汇成一束密布在混凝土打印条的核心部分，在打印过程中会出现多根筋相互摩擦缠绕问题，常常造成布筋失败，而且筋与筋之间间距太小，无法满足与混凝土间的牢固粘结。因此，研发混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统具有重要的意义。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是：解决混凝土3D打印过程中多筋分散置入问题。
[0004]本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：一种混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统，该系统包括3D打印混凝土挤出装置与多筋分散置入装置，3D打印混凝土挤出装置的喷嘴能随混凝土材料输送的主轴管道旋转，所述多筋分散置入装置包括多个用于钢丝绳挤出的挤出单元、多个用于剪断钢丝绳的剪断单元、多个用于将钢丝绳送出多筋分散置入装置的输送单元，钢丝绳经多筋分散置入装置的钢丝绳输出口连接至喷嘴，多筋分散置入装置向喷嘴引入多根钢丝绳，喷嘴上设置有多个钢丝绳输入孔，一个钢丝绳输入孔对应一根钢丝绳，每根钢丝绳均同时通过喷嘴上的对应钢丝绳输入孔置入；多筋分散置入装置整体固定在3D打印混凝土挤出装置的能旋转的主轴管道的外壁上，使得多筋分散置入装置能随3D打印混凝土挤出装置的主轴管道同步转动，且不与3D打印混凝土挤出装置的混凝土泵送管发生干涉。
[0005]所述的3D打印混凝土挤出装置包括混凝土输入端、混凝土输送管固定夹具、主轴
管道、套管、喷嘴固定夹具、喷嘴；所述主轴的上端通过法兰及连接件与机械臂的末端连接，机械臂能控制主轴管道做旋转运动，所述主轴管道的上部侧壁设有若干数量的通孔，用于混凝土的输入，若干数量的通孔高低不一，所有通孔的投影相互交错能覆盖360
°
的主轴圆形端面，即能覆盖圆周所有方向，在主轴管道转动过程中也能保证送料顺畅；所述主轴管道的末端连接喷嘴，喷嘴由喷嘴固定夹具固定在主轴管道上；在设置若干数量通孔的主轴外设有套管，所述套管为y字型，包括主管和连接在主管上的支管，主管套在若干数量通孔所在的主轴上，且主管的上下两端分别通过主轴管道上的相应凸台限位，主管与主轴之间具有间隙，既能保证主轴管道旋转时套管不跟随转动或仅转动相对较小的角度，使得泵送管道不会发生缠绕设备的现象，又能保证经过支管进入的混凝土材料通过通孔能够进入主轴管道内部，而非从套管和主轴管道的间隙落下。
[0006]通过混凝土输送管固定夹具将混凝土输入端与混凝土的泵送管道相连接，混凝土材料通过混凝土输入端输入，经由支管、主轴管道并从底部的喷嘴挤出，挤出矩形条。套管嵌套在主轴管道上，并非使用联轴器连接，两者没有联动关系，使得主轴管道旋转时，混凝土输入端将保持固定，以保证在喷嘴旋转时，输送混凝土的混凝土泵送管不会缠绕设备，保证混凝土增材制造的灵活化。
[0007]所述喷嘴为矩形或者正方形截面，喷嘴末端距底部的侧壁处设置有多个等距设置的钢丝绳输送孔，用于将钢丝绳送入新挤出的混凝土内部并与混凝土一同挤出，钢丝绳输送孔的数量与挤出单元的数量一致。在钢丝绳输送孔的侧上方的喷嘴固定夹具处设有四个钢丝绳牵引管，钢丝绳牵引管位于钢丝绳输出口和钢丝绳输送孔之间，起到引导钢丝绳的作用。
[0008]所述矩形喷嘴的出口截面尺寸根据需要打印的构件大小实际调整，在矩形的长度方向上设置钢丝绳输送孔。安装时钢丝绳输送孔必须要设置在打印方向的前方，打印过程中在需要喷嘴旋转时，控制主轴管道旋转相应角度即可。
[0009]所述的多筋分散置入装置包括多组钢丝绳挤出及剪断设备，每组钢丝绳挤出及剪断设备构造相同，包括主轴管道固定抱箍、挤出机、气动电剪刀、钢丝绳输送管，所述主轴管道固定抱箍用于夹紧主轴管道，可实现3D打印混凝土挤出装置与多筋分散置入装置的连接固定，主轴管道转动时主轴管道固定抱箍同步转动。主轴管道固定抱箍固定在套管下方的主轴管道上。多组钢丝绳挤出及剪断设备围绕主轴管道均匀布置。
[0010]挤出机为挤出单元，包括步进电机、输送轮及其控制器，将钢丝绳输入输送轮后，启动步进电机即可实现钢丝绳沿输送管道输送，输送到气动电剪刀的剪口，正对挤出机的出料口和钢丝绳输出口之间，负责钢丝绳的剪断工作，步进电机的工作受控制器控制，可控制钢丝绳输送的开、关与输送的速率。
[0011]剪断单元采用气动电剪刀实现，气动电剪刀的气管口连接气动力，气动力连接自动控制系统即可工作，例如外接气泵及电磁阀控制器，所述的气泵和电磁阀控制器均可商购获得，使用气管分别连接气泵、电磁阀控制器即可；气动电剪刀在无气压时处于闭合状态，存在气压时则打开；多筋分散置入装置开始工作时，处于存在气压的状态，气动电剪刀打开，当接收到自动控制系统的剪断信号时，气管立即泄气消除气压，触发气动电剪刀闭合，及时实现钢丝绳的剪断。钢丝绳的挤出及剪断可实现与混凝土挤出的协同工作及自动化，即剪断单元的自动控制系统、挤出机的控制器均与3D打印混凝土挤出装置的控制单元
进行I/O通讯连接，实现协同工作。3D打印混凝土挤出装置的控制单元与混凝土输入端连接的泵送管道、机械臂电连接，控制相应部件工作。
[0012]本实施例中多组钢丝绳挤出及剪断设备，使得多筋分散置入装置在俯视图中呈正方形，多组钢丝绳挤出及剪断设备均匀分布在正方形周围。其中挤出单元为挤出机，位于装置顶部，将钢丝绳输入挤出机，在挤出机的作用下由挤出机的出料口挤出钢丝绳；剪断单元包括气动电剪刀，气动电剪刀的剪口位于挤出单元正下方，气动电剪刀尾部设置气管口，气动电剪刀和气管口之间由气管相连；输送单元包括钢丝绳输送管与钢丝绳输出口，钢丝绳输送管连接挤出单元与剪断单元，钢丝绳输出口则将钢丝绳送出多筋分散置入装置。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统，其特征在于，该系统包括3D打印混凝土挤出装置与多筋分散置入装置，3D打印混凝土挤出装置的喷嘴能随混凝土材料输送的主轴管道旋转，所述多筋分散置入装置包括多个用于钢丝绳挤出的挤出单元、多个用于剪断钢丝绳的剪断单元、多个用于将钢丝绳送出多筋分散置入装置的输送单元，钢丝绳经多筋分散置入装置的钢丝绳输出口连接至喷嘴，多筋分散置入装置向喷嘴引入多根钢丝绳，喷嘴上设置有多个钢丝绳输入孔，一个钢丝绳输入孔对应一根钢丝绳，每根钢丝绳均同时通过喷嘴上的对应钢丝绳输入孔置入；多筋分散置入装置整体固定在3D打印混凝土挤出装置的能旋转的主轴管道的外壁上，使得多筋分散置入装置能随3D打印混凝土挤出装置的主轴管道同步转动，且不与3D打印混凝土挤出装置的混凝土泵送管发生干涉。2.根据权利要求1所述的所述的混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统，其特征在于，所述3D打印混凝土挤出装置包括混凝土输入端、混凝土输送管固定夹具、主轴管道、套管、喷嘴固定夹具、喷嘴；所述主轴管道的上端通过法兰及连接件连接有机械臂，机械臂能够控制主轴管道做旋转运动，所述主轴管道的上部在圆周侧面上开有若干数量的通孔，若干数量的通孔高低不一，所有通孔的投影相互交错能覆盖360
°
的主轴管道圆形端面，即能覆盖圆周所有方向，在主轴管道转动过程中也能保证送料顺畅；所述主轴管道的末端连接喷嘴，喷嘴由喷嘴固定夹具固定在主轴管道上；在设置若干数量通孔的主轴管道外套装有套管，所述套管为y字型，包括主管和连接在主管上的支管，主管套在若干数量通孔所在的主轴管道上，且主管的上下两端分别通过主轴管道上的相应凸台限位，主管与主轴管道之间具有间隙，既能保证主轴管道旋转时套管不跟随转动或仅转动相对较小的角度，使得泵送管道不会发生缠绕设备的现象，又能保证经过支管进入的混凝土材料通过通孔能够进入主轴管道内部，而非从套管和主轴管道的间隙落下；所述支管通过混凝土输送管固定夹具将混凝土输入端与混凝土泵送管相连接，混凝土材料通过混凝土输入端输入，经由支管、主轴管道并从底部的喷嘴挤出。3.根据权利要求2所述的所述的混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统，其特征在于，混凝土材料通过混凝土输入端输入并从底部的喷嘴挤出，喷嘴单独安装拆卸，混凝土输送管固定夹具手动开合，以实现混凝土输入端和套管的拆卸清洗；3D打印混凝土挤出装置从多筋分散置入装置的主轴管道固定抱箍的中心孔洞处伸入，由多筋分散置入装置中心的主轴管道固定抱箍固定住主轴管道，从而固定在多筋分散置入装置中心。4.根据权利要求2所述的所述的混凝土3D打印机用旋转式多筋分散置入系统，其特征在于，所述主轴管道上通孔的尺寸为12
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18mm，y字型支管的管径远大于通孔的尺寸，y字...

【专利技术属性】
技术研发人员：李之建，马国伟，王里，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：